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- Tamaño y forma de la muestra
- Procedimiento de prueba de tracción
- Influencia de la velocidad de prueba
- Influencia del equipo de prueba de tracción
Las pruebas de tracción caracterizan el comportamiento de conformado y estructural de la lámina metales. La prueba consiste en cargar una muestra con una forma bien definida a lo largo del eje en tensión, generalmente para fracturarse, y registrar la carga y el desplazamiento resultantes para calcular varias propiedades mecánicas. Las normas globales Si-7, A-24, D-19, J-15 prescriben las condiciones en las que deben realizarse las pruebas.
Tamaño y forma de la muestra
Las muestras de tamaño completo para pruebas de tracción de láminas de metal tienen una sección rectangular en los bordes para ser agarradas por la máquina de prueba. La reducción de la anchura en el área central promueve la fractura en la región monitoreada. Estas características geométricas dan como resultado una forma de muestra que se asemeja a un hueso de perro, lo que lleva a un término descriptivo aplicado a las muestras de prueba.
Las dimensiones de las muestras de hueso de perro se asocian a la norma de ensayo de tracción a partir de la cual se aplican. Las ISO I, II y III (descritas en la Citación I-7) corresponden a las formas ASTMA-24, DIND-19 y JISJ-15, respectivamente. La Figura 1 muestra las formas de los huesos de perro, resaltando las dimensiones críticas de ancho y longitud de calibre. Consulte los estándares de prueba para conocer otras dimensiones, tolerancias y otros requisitos.
Figura 1: Formas de muestra extensibles de tamaño completo para las normas ISO I (ASTM), ISO II (DIN) e ISO III (JIS).I-7, A-24, D-19, J-15
Existen diferencias significativas en el ancho y la longitud del calibre de estas formas de barras de tracción. Aunque las barras ASTM y JIS tienen una longitud de calibre similar, el ancho de la barra JIS es el doble que la barra ASTM. Las barras ASTM y DIN tienen una relación de 4:1 de longitud de calibre a ancho, donde la barra JIS tiene una relación de 2: 1.
Estas diferencias de forma significan que el alargamiento calculado cambia en función del patrón de muestra de ensayo utilizado, incluso cuando se prueba material idéntico. Con la combinación de la longitud de calibre más corta y la muestra más ancha, el alargamiento de las barras JIS generalmente es mayor que lo que se generaría de las otras formas.
El límite elástico y la resistencia a la tracción no son una función de la forma de la barra de tracción. La resistencia se define como la carga dividida por el área de la sección transversal. A pesar de que cada una de las barras especifica un ancho de muestra diferente (y, por lo tanto, una sección transversal diferente), la carga se normaliza con este valor, lo que niega las diferencias con la forma de la muestra.
El corte o el punzonado durante la preparación de la muestra pueden trabajar y endurecer los bordes de la barra de tracción, lo que puede generar una representación inexacta de las propiedades mecánicas de la chapa metálica. Los estándares de prueba requieren un mecanizado posterior u otros métodos para eliminar el daño en los bordes creado durante la preparación de la muestra. Moler o moler las muestras de hueso de perro minimiza los efectos que la preparación de la muestra puede tener en los resultados.
Procedimiento de ensayo de tracción
La longitud de calibre es la longitud de referencia utilizada en los cálculos de alargamiento. Dependiendo del estándar de prueba, la longitud del medidor es de 2 pulgadas, 80 mm o 50 mm. Multiplicar el ancho y el grosor dentro de la longitud del medidor determina el área de la sección transversal inicial antes de la prueba.
Los agarres sujetan firmemente los bordes de la muestra en los extremos opuestos. A medida que avanza la prueba, las empuñaduras se alejan unas de otras a una velocidad prescrita o en respuesta a la carga de sujeción. Una célula de carga dentro de las empuñaduras o el bastidor de carga monitoriza la fuerza. Un extensómetro rastrea el desplazamiento dentro de la longitud del medidor. Por lo general, las muestras se analizan hasta la fractura.
Durante el ensayo de tracción, el ancho y el grosor de la muestra se encogen a medida que aumenta la longitud de la muestra de ensayo. Sin embargo, estos cambios dimensionales no se tienen en cuenta para determinar la tensión de ingeniería, que se determina dividiendo la carga en cualquier momento durante el ensayo por el área de la sección transversal inicial. La tensión de ingeniería es el aumento de la longitud dentro de la longitud del medidor en relación con la longitud del medidor de arranque. (La incorporación de los cambios dimensionales que se producen durante la prueba requiere calcular el esfuerzo y la tensión reales. Las diferencias entre la ingeniería y la tensión/deformación verdadera se tratan en otra parte (hipervínculo a 2.3.2.1-Ingeniería/deformación verdadera)
Un gráfico que muestra la tensión en el eje vertical y la tensión en el eje horizontal es la conocida curva tensión-deformación de ingeniería, Figura 2. A partir de la curva de esfuerzo-deformación, aparecen numerosos parámetros importantes para el conformado de chapa metálica, incluidos:
- Módulo elástico (también llamado Módulo de Young)
- Límite elástico
- Resistencia a la tracción
- Alargamiento total
- Alargamiento uniforme
- Exponente de endurecimiento por deformación (también llamado valor n)
Figura 2: Curva de esfuerzo-deformación de ingeniería de la que se derivan las propiedades mecánicas.
La influencia de la velocidad de prueba
Las pruebas de tracción convencionales se realizan a velocidades de deformación lo suficientemente lentas como para denominarse «cuasiestáticas».»Estas tasas son varios órdenes de magnitud más lentas que las tasas de deformación durante el estampado, que en sí mismas son varios órdenes de magnitud más lentas de lo que se experimenta durante un evento de choque.
Las curvas de tensión-deformación cambian con la velocidad de prueba, y por lo general se hacen más fuertes a medida que aumenta la velocidad. La magnitud de estos cambios varía con el grado. Existen desafíos significativos al intentar caracterizar la respuesta a la tracción a velocidades de deformación más altas. Las mejoras en el equipo y la capacidad de recopilación de datos son algunas de las mejoras necesarias.
La influencia del equipo de prueba de tracción
Los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) pueden desafiar a los equipos de prueba más antiguos. La respuesta de carga y desplazamiento debe reflejar solo las contribuciones de la chapa metálica y no estar influenciada por el bastidor de carga y otros equipos de prueba. De la misma manera que las coronas de prensa insuficientemente rígidas se desvían al estampar piezas AHSS, los marcos de carga de prueba de tracción pueden desviarse de manera similar, lo que resulta en inexactitudes en las mediciones de desplazamiento de carga.
La fuerza de agarre también se vuelve crítica cuando se prueban muestras de AHSS. La alta resistencia de las láminas de metal requiere una mayor presión de agarre para evitar el deslizamiento de la muestra a través de las empuñaduras. Las empuñaduras neumáticas e incluso algunas empuñaduras mecánicas pueden no generar la presión necesaria. Las mordazas accionadas hidráulicamente pueden ser necesarias a medida que aumenta la resistencia.